王陸林，劉貴如

(1.奇瑞汽車股份有限公司 前瞻技術(shù)研究院， 安徽 蕪湖 241006； 2.安徽工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000)

隨著智能車技術(shù)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)主動(dòng)制動(dòng)技術(shù)有著迫切需求。目前比較主流的主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加主動(dòng)增壓裝置實(shí)現(xiàn)的。按照主動(dòng)增壓裝置所采用的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行分類，目前的主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩大類：第1類是基于電子液壓增壓裝置的主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，在原車制動(dòng)主缸與ABS/ESP之間雙輸入管路上或者直接在4個(gè)輪缸管路上增加液壓主動(dòng)增壓裝置實(shí)現(xiàn)主動(dòng)增壓，文獻(xiàn)[1-4]分別給出了實(shí)現(xiàn)方案。該類方案主要采用液壓泵和高壓儲(chǔ)能器形成壓力源進(jìn)行提前建壓，縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)通過高速開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。增壓閥普遍采用常閉閥、減壓閥普遍采用常開閥實(shí)現(xiàn)，保證制動(dòng)結(jié)束后液壓缸制動(dòng)力能完全釋放。但是保壓時(shí)需要減壓閥持續(xù)通電，時(shí)間過長(zhǎng)容易導(dǎo)致電磁閥發(fā)熱燒壞，所以無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間保壓。第2類是基于電子機(jī)械增壓裝置的主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，在原車制動(dòng)主缸上或者4個(gè)輪缸上增加增壓裝置實(shí)現(xiàn)主動(dòng)增壓，文獻(xiàn)[5-6]分別給出了實(shí)現(xiàn)方案。該類方案采用機(jī)械減速增矩機(jī)構(gòu)和滾柱絲杠在將電機(jī)輸出扭矩放大的同時(shí)將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)，作用于液壓制動(dòng)主缸或者輪缸實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)力保持也需要電機(jī)堵轉(zhuǎn)，時(shí)間過長(zhǎng)容易燒壞，所以也無法提供長(zhǎng)時(shí)間保壓。另外該類方案成本高，機(jī)械結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)鎖死的問題。除了以上兩類實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)的方式外，目前還有一種基于真空助力器的主動(dòng)助力制動(dòng)方案。對(duì)傳統(tǒng)真空助力器進(jìn)行改進(jìn)，通過控制真空腔、工作腔和外部大氣之間的通斷實(shí)現(xiàn)助力增壓、保壓和減壓，完全模擬人工踩踏機(jī)械制動(dòng)踏板的過程，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)。目前有兩種典型的實(shí)現(xiàn)方式：第1種是基于電磁鐵和套管的集成式真空助力器，文獻(xiàn)[7-10]分別給出了實(shí)現(xiàn)方案，通過增加的電磁鐵和套管對(duì)大氣閥和真空閥進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力制動(dòng)；第2種是基于兩位三通電磁閥的集成式真空助力器，文獻(xiàn)[11]給出了實(shí)現(xiàn)方案，通過兩位三通電磁閥對(duì)真空腔、工作腔和大氣之間的通斷進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力制動(dòng)。以上兩種方案均能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力制動(dòng)，但是也存在一個(gè)共性的問題，就是制動(dòng)力保持時(shí)(即保壓)需要給電磁鐵或者電磁閥進(jìn)行通電。長(zhǎng)時(shí)間通電容易導(dǎo)致元件過熱損壞，故無法滿足極端工況下長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)和駐車制動(dòng)需求。

本文充分分析了以上方案的原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并針對(duì)幾種方案存在的共性問題，提出了改進(jìn)的集成式真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)。在文獻(xiàn)[11]的基礎(chǔ)上，采用帶自鎖機(jī)構(gòu)的三位三通電磁閥替換兩位三通電磁閥，實(shí)現(xiàn)掉電狀態(tài)下制動(dòng)力的長(zhǎng)時(shí)間保持，滿足行車過程中長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)制動(dòng)和駐車制動(dòng)需求，同時(shí)針對(duì)目前普遍采用的液壓力閉環(huán)控制算法控制過程復(fù)雜、響應(yīng)慢的問題，提出了改進(jìn)的制動(dòng)控制算法。

1 典型的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 基于電磁鐵的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)

在真空助力器中增加電磁鐵和套管對(duì)真空閥和大氣閥進(jìn)行控制，文獻(xiàn)[7-10]對(duì)該方案的結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)描述，并給出了電磁鐵的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)計(jì)。通過仿真試驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的電磁鐵在開環(huán)控制的前提下能實(shí)現(xiàn)對(duì)真空閥和大氣閥的控制，體積和原真空助力器相同，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不占用額外安裝空間。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.制動(dòng)主缸活塞； 2.真空源； 3.真空腔； 4.工作腔； 5.電磁鐵線圈；6.電磁鐵鐵芯； 7.閥座； 8.電動(dòng)套管； 9.助力推桿

圖1 基于電磁鐵的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

本方案通過給電磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)磁鐵的位移進(jìn)行控制，磁鐵再推動(dòng)套管實(shí)現(xiàn)對(duì)真空閥和大氣閥的位移控制，通過改變電磁線圈的電流，控制電磁鐵位移的大小，實(shí)現(xiàn)真空閥和大氣閥的開閉，達(dá)到助力增加、保持和減小的目的。為實(shí)現(xiàn)助力保持，將2個(gè)閥門控制在一定位移范圍內(nèi)，給電磁鐵線圈持續(xù)通電。長(zhǎng)時(shí)間通電線圈會(huì)發(fā)熱燒壞，故無法滿足極端工況下長(zhǎng)時(shí)間助力保持需求。另外，由于系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式，所以在設(shè)計(jì)參數(shù)確定的前提下，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中會(huì)發(fā)生位移偏移，有可能導(dǎo)致主動(dòng)制動(dòng)功能失效。

1.2 基于電磁閥的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)

該方案不直接控制原真空閥和大氣閥，而是在原真空助力器的真空腔和工作腔上各引出一個(gè)通氣管路，通過一個(gè)兩位三通電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)真空腔、工作腔和大氣之間的通斷，實(shí)現(xiàn)助力增加、保持和減小。文獻(xiàn)[11]對(duì)該方案的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。通過控制三位三通電磁閥實(shí)現(xiàn)完全模擬原車駕駛員踩踏制動(dòng)踏板實(shí)現(xiàn)助力增壓、保壓和減壓的制動(dòng)過程。另外，通過在液壓主缸外安裝的霍爾傳感器對(duì)主缸活塞所處位置進(jìn)行檢測(cè)，確保主缸活塞在設(shè)定的位移范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

1.真空腔；2.工作腔；3.真空腔管；4.工作腔管；5.真空源；6.兩位三通電磁閥；7.大氣管；8.助力推桿；9.液壓主缸；10.油壺；11.霍爾位置傳感器；12.液壓壓力傳感器

圖2 基于電磁閥的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)給兩位三通電磁閥通電時(shí)，工作腔和真空腔隔離，工作腔和大氣腔導(dǎo)通，系統(tǒng)處于助力增加階段。

當(dāng)兩位三通電磁閥掉電時(shí)，工作腔和真空腔導(dǎo)通，工作腔和大氣腔隔離，系統(tǒng)處于助力減小階段。

由于該方案無法實(shí)現(xiàn)助力保持，所以文獻(xiàn)[11]引入了高壓儲(chǔ)能器，并通過高速常閉開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)主動(dòng)增壓和保壓，但是對(duì)和原車ABS/ESP制動(dòng)系統(tǒng)如何集成，如何保證人工制動(dòng)的有效性及可行性沒有做進(jìn)一步的闡述。如果采用文獻(xiàn)[1-4]類似方案和原車制動(dòng)系統(tǒng)集成，則存在無法長(zhǎng)時(shí)間保壓的問題，唯一不同就是文獻(xiàn)[11]采用真空助力主動(dòng)建壓，而不是通過液壓泵實(shí)現(xiàn)主動(dòng)建壓，其控制過程更加復(fù)雜，主動(dòng)制動(dòng)時(shí)不僅要控制增壓閥和減壓閥，還要控制兩位三通電磁閥進(jìn)行不斷的補(bǔ)能，同時(shí)采用了儲(chǔ)能器縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。該方案制動(dòng)力的控制和調(diào)節(jié)仍然采用常閉增壓閥和常開減壓閥實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要保持制動(dòng)壓力時(shí)，需要給常開減壓閥通電保壓，存在長(zhǎng)時(shí)間通電線圈發(fā)熱容易燒壞的問題，無法滿足極端工況下長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)制動(dòng)的需求。另外，該方案引入了液壓減壓壓力閉環(huán)控制，增加了控制的難度。在實(shí)際使用過程中，如果反復(fù)制動(dòng)，復(fù)雜的建壓過程可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)延遲和制動(dòng)力有時(shí)偏軟的問題。

2 改進(jìn)的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)

上述兩種方案雖然能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力制動(dòng)，但均存在問題。文獻(xiàn)[7-10]所采用的圖1方案存在以下問題：① 通過控制電磁線圈電流實(shí)現(xiàn)電磁鐵的位置開環(huán)控制時(shí)，位置精度差，使用時(shí)間長(zhǎng)后容易發(fā)生位移漂移，導(dǎo)致主動(dòng)制動(dòng)失效；② 電磁鐵線圈發(fā)熱導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間助力保持。文獻(xiàn)[11]采用的圖2方案存在以下問題：① 通過兩位三通電磁閥實(shí)現(xiàn)真空腔、工作腔和大氣之間的通斷時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)助力增加和減小兩個(gè)過程，無法實(shí)現(xiàn)助力保持；② 采用高能儲(chǔ)壓器縮短了系統(tǒng)建壓時(shí)間，但是可能存在油液泄露的風(fēng)險(xiǎn)；③ 通過在制動(dòng)主缸和原車ABS/ESP雙輸入管路上增加常閉增壓閥和常開減壓閥實(shí)現(xiàn)主動(dòng)增壓裝置和原車制動(dòng)系統(tǒng)的集成，通過控制常閉增壓閥和常開減壓閥實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的調(diào)節(jié)，但仍存在文獻(xiàn)[1-4]類似的問題，即常開減壓閥需要通電才能實(shí)現(xiàn)助力保持，無法滿足極端工況下的長(zhǎng)時(shí)間助力保持需求。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文針對(duì)以上兩個(gè)方案存在的問題，對(duì)圖2方案進(jìn)行了改進(jìn)，提出基于帶自鎖機(jī)構(gòu)功能的三位三通電磁閥的真空助力主動(dòng)制動(dòng)方案，結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

原真空助力器的真空腔和工作腔進(jìn)入管分別和三位三通電磁閥的其中兩路接口連接，電磁閥的另外一路接口直接連通大氣。本文在文獻(xiàn)[11]的基礎(chǔ)上，針對(duì)其存在的問題做了如下改進(jìn)：① 將其采用的兩位三通電磁閥替換為帶自鎖機(jī)構(gòu)的三位三通電磁閥，在自鎖機(jī)構(gòu)的配合下，三位三通電磁閥可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)助力增力、助力保持和助力減力的控制；② 去掉了高壓儲(chǔ)能器、常閉增壓閥和常開減壓閥以及液壓壓力傳感器，避免了高壓儲(chǔ)能器液壓泄露的風(fēng)險(xiǎn)，保證了人工制動(dòng)的有效性，同時(shí)結(jié)合預(yù)建壓，縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間；③ 增加了冗余的真空腔和工作腔的機(jī)械隔離設(shè)計(jì)，在駕駛員踩踏制動(dòng)踏板進(jìn)入人工制動(dòng)模式時(shí)，可以通過改進(jìn)的三位三通閥復(fù)位，隔離工作腔和真空腔實(shí)現(xiàn)助力保持。另外，還采用了堵塞設(shè)計(jì)，當(dāng)人工制動(dòng)時(shí)，堵塞在復(fù)位彈簧的作用下將工作腔管堵上，隔離工作腔和真空腔，實(shí)現(xiàn)助力保持，但是這種改進(jìn)必須斷開助力推桿和助力盤的連接，即主動(dòng)制動(dòng)時(shí)，機(jī)械踏板在復(fù)位彈簧的作用下一直處于復(fù)位狀態(tài)。這種改進(jìn)會(huì)帶來另外一個(gè)問題，即主動(dòng)制動(dòng)過程中切換到人工制動(dòng)時(shí)存在踏板踏空的現(xiàn)象。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要在安全與踏空現(xiàn)象之間進(jìn)行取舍。以上兩種方式均可保證人工制動(dòng)或者失效模式制動(dòng)的有效性。

1.真空腔；2.工作腔；3.真空腔管；4.工作腔管；5.真空源；6.帶自鎖功能的三位三通電磁閥；7.大氣管；8.助力推桿；9.液壓主缸；10.油壺；11.霍爾位置傳感器；12.液壓壓力傳感器；13.堵塞；14.支撐軸；15.杠桿；16.復(fù)位彈簧

圖3 改進(jìn)的真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)工作原理

通過對(duì)電磁閥兩端A和B線圈以及自鎖機(jī)構(gòu)線圈的通斷電控制實(shí)現(xiàn)對(duì)閥芯的位置控制和限位保持，進(jìn)而對(duì)真空腔、工作腔和大氣之間的連通進(jìn)行控制。圖4為帶自鎖機(jī)構(gòu)的三位三通電磁閥的結(jié)構(gòu)及4種工作狀態(tài)示意圖。當(dāng)主動(dòng)助力增加時(shí)，工作腔管與大氣連通，與真空腔管隔離，電磁閥工作狀態(tài)見圖4(a)。當(dāng)主動(dòng)助力需要保持時(shí)，給電磁閥線圈A掉電，閥芯在A,B兩端復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，此時(shí)真空腔和工作腔以及大氣完全隔離，電磁閥工作狀態(tài)見圖4(b)。當(dāng)主動(dòng)助力需要減力時(shí)，先給自鎖機(jī)構(gòu)線圈通電，將磁芯銷吸起，然后給電磁閥線圈B通電，閥芯向右置位，真空腔管和工作腔管接通，真空腔和工作腔壓力差減小，助力減小，此時(shí)電磁閥的工作狀態(tài)見圖4(c)。如果減壓時(shí)間較短，則自鎖機(jī)構(gòu)一直通電，如果減壓時(shí)間較長(zhǎng)，為了避免線圈B和自鎖機(jī)構(gòu)線圈發(fā)熱燒壞，磁芯可以在自鎖機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)掉電位置保持，電磁閥工作狀態(tài)見圖4(d)。當(dāng)車輛不進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)或者制動(dòng)結(jié)束時(shí)，給自鎖機(jī)構(gòu)線圈掉電，自鎖機(jī)構(gòu)鎖死，然后給電磁線圈B掉電，閥芯被自鎖機(jī)構(gòu)鎖死，無法在回位彈簧的作用下復(fù)位，以實(shí)現(xiàn)電磁閥和自鎖機(jī)構(gòu)均掉電的情況下真空腔和工作腔的連通，完全消除助力，電磁閥的狀態(tài)示意圖見圖4(d)。制動(dòng)踏板在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)再次進(jìn)入主動(dòng)制動(dòng)模式時(shí)，首先給電磁閥線圈B通電，閥芯向右置位，然后給自鎖機(jī)構(gòu)線圈通電將磁芯銷吸起，見圖4(c)。再給線圈B掉電，然后給線圈A通電，閥芯向左置位，自鎖機(jī)構(gòu)掉電，此時(shí)電磁閥工作狀態(tài)見圖4(b)，進(jìn)入主動(dòng)助力增加狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者在人工制動(dòng)干預(yù)的情況下，可以給自鎖機(jī)構(gòu)線圈通電，將自鎖機(jī)構(gòu)解鎖并持續(xù)200 ms后，閥芯在A,B兩端復(fù)位彈簧的作用下處于復(fù)位狀態(tài)，此時(shí)真空腔和工作腔完全隔離，進(jìn)入人工制動(dòng)模式，工作原理和原車助力器工作原理相同，此時(shí)電磁閥的工作狀態(tài)見圖4(b)。同時(shí)，該方案在工作腔內(nèi)設(shè)置了一個(gè)裝置，包括堵塞、杠桿和支撐軸，當(dāng)人工干預(yù)時(shí)，與推桿連接的助力盤盤肩對(duì)杠桿的壓力取消，堵塞在復(fù)位彈簧的作用下將工作腔管堵上，保證了真空腔和工作腔的隔離。雙重隔離冗余設(shè)計(jì)保證了人工制動(dòng)的有效性和可靠性。當(dāng)人工制動(dòng)結(jié)束后，制動(dòng)踏板在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，助力盤盤肩作用于杠桿，將堵塞打開，此時(shí)真空腔和工作腔的連通可由三位三通電磁閥控制，系統(tǒng)進(jìn)入真空助力主動(dòng)制動(dòng)模式。

圖4 電磁閥結(jié)構(gòu)及4種工作狀態(tài)示意圖

2.3 主動(dòng)制動(dòng)控制算法

針對(duì)制動(dòng)管路液壓壓力控制，普遍通過控制增壓和減壓高速開關(guān)閥的開啟時(shí)間，進(jìn)而控制進(jìn)入和流出雙管路的制動(dòng)液流量，達(dá)到調(diào)節(jié)管路壓力的目的。通過在液壓主缸或者輪缸上增壓的液壓力傳感器進(jìn)行壓力反饋，由于油液具有彈性和滯后性，壓力PID閉環(huán)控制很容易形成振蕩[6]，所以液壓壓力閉環(huán)控制過程復(fù)雜、不實(shí)用、響應(yīng)慢。駕駛員在實(shí)際制動(dòng)過程中并不關(guān)注主缸或者管路液壓壓力，而是通過控制車輛的制動(dòng)減速度和目測(cè)與前方障礙物的相對(duì)距離不斷調(diào)節(jié)踩踏制動(dòng)踏板的力，控制車輛的制動(dòng)減速度，從而實(shí)現(xiàn)最小跟車距離的控制。本文借鑒以上人工制動(dòng)過程，將制動(dòng)力控制過程與避撞或者跟車控制過程相結(jié)合，提出了基于減速度和最小跟車距離的雙閉環(huán)制動(dòng)控制算法。

假設(shè)Dr和vr分別為根據(jù)雷達(dá)和視覺檢測(cè)前方障礙物的相對(duì)距離(m)和相對(duì)速度(m·s-1)；ab_o和ta_o分別為本車(目標(biāo))制動(dòng)減速度 (m·s-2)和響應(yīng)時(shí)間(s)；D為本車制動(dòng)時(shí)與前車安全距離實(shí)時(shí)估計(jì)值(m)；vb為本車實(shí)時(shí)車速(m·s-1)；ab為本車制動(dòng)減速度實(shí)時(shí)反饋值(m·s-2)；PWM1為控制電磁閥開啟時(shí)間的占空比；PWM2為控制泵電機(jī)運(yùn)行時(shí)間的占空比。雙閉環(huán)制動(dòng)控制模型見圖5。

圖5 基于距離和減速度的雙閉環(huán)制動(dòng)控制模型

雙閉環(huán)外環(huán)控制實(shí)現(xiàn)最小安全跟車距離的閉環(huán)控制，其控制算法運(yùn)行流程見圖6。

圖6 最小安全跟車距離閉環(huán)控制算法流程

假設(shè)d為本車和前車最小安全跟車距離(m)。根據(jù)vr、vb和ab實(shí)時(shí)估計(jì)D，根據(jù)Dr與D的偏差，不斷調(diào)整ab_o，實(shí)現(xiàn)最小安全跟車距離的精確控制。

前車靜止工況下本車與前車最小安全跟車距離D的估計(jì)公式為

(6)

前車減速行駛工況下本車與前車最小安全跟車距離D的估計(jì)公式為

(7)

式中：t為雷達(dá)和視覺傳感器檢測(cè)周期(s);vf為前車車速(m·s-1);af為前車制動(dòng)減速度 (m·s-2)。式(6)(7)中相關(guān)參數(shù)初始值的確定:ab,af取值范圍為3.0～9.6 m·s-2,轎車的制動(dòng)減速度典型值為5.6 m·s-2;卡車的制動(dòng)減速度典型值為3.6 m·s-2，d的取值范圍為1.00～2.00 m。af無法準(zhǔn)確測(cè)量也無法控制，可以根據(jù)視覺感知系統(tǒng)進(jìn)行初步判斷后預(yù)設(shè)初值。ab可測(cè)量。本文提出的控制方法主要通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)ab實(shí)現(xiàn)對(duì)最小跟車安全距離d的精確控制。

雙閉環(huán)內(nèi)環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速度閉環(huán)控制，其控制算法運(yùn)行流程見圖7。

圖7 制動(dòng)減速度閉環(huán)控制算法流程

系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行主動(dòng)增壓，通過液壓傳感器壓力反饋值進(jìn)行故障自檢，然后通過捕獲制動(dòng)踏板位移或者開關(guān)信號(hào)判斷是否進(jìn)行了人工制動(dòng)干預(yù)。如果人工干預(yù)，則進(jìn)入人工制動(dòng)模式；否則，循環(huán)等待直到上層發(fā)出主動(dòng)制動(dòng)請(qǐng)求，系統(tǒng)進(jìn)入主動(dòng)制動(dòng)模式。根據(jù)上層感知系統(tǒng)和控制策略算法需要的目標(biāo)制動(dòng)減速度ab_o和響應(yīng)時(shí)間ta_o進(jìn)行減速度的PID閉環(huán)控制，根據(jù)ab與ab_o的偏差以及響應(yīng)時(shí)間ta，不斷調(diào)整控制電磁閥和電機(jī)的PWM1和PWM2，以調(diào)整電磁閥的開啟時(shí)間和電機(jī)的轉(zhuǎn)速/輸出扭矩、雙管路液壓壓力，實(shí)現(xiàn)減速度ab的精確控制。內(nèi)環(huán)和外環(huán)控制算法可以集成在制動(dòng)系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，也可以分開在不同的平臺(tái)上運(yùn)行，之間通過CAN或者其他通信方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。本文將應(yīng)用系統(tǒng)上層控制算法和本制動(dòng)系統(tǒng)控制算法相結(jié)合，通過最直接的減速度和最小安全跟車距離的閉環(huán)控制進(jìn)行集成融合，取代了復(fù)雜的制動(dòng)管路液壓壓力閉環(huán)控制，降低了控制的復(fù)雜度，縮短了響應(yīng)時(shí)間，也保證了制動(dòng)平順性和舒適性。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)本車制動(dòng)減速度調(diào)整與前車的最小安全跟車距離，克服行駛路況以及制動(dòng)系統(tǒng)性能差異導(dǎo)致的制動(dòng)干預(yù)距離估計(jì)偏大或偏小的問題，實(shí)現(xiàn)了最小跟車安全距離的精確控制，既保證了行車安全性，也提高了道路行車效率。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證與分析

針對(duì)本文提出的基于雙閉環(huán)的最小安全跟車距離控制算法開發(fā)的智能自動(dòng)跟車系統(tǒng)，在前車靜止和減速運(yùn)行工況下進(jìn)行了實(shí)際場(chǎng)景測(cè)試。兼顧行車安全和道路行車效率，在實(shí)際應(yīng)用中，最小安全跟車距離d的理想值為1.00～2.00 m。當(dāng)兩車距離由遠(yuǎn)而近時(shí)，距離越近，相對(duì)車速越小，最小安全跟車距離控制更容易。

本系統(tǒng)通過視覺和雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)本車和前車的相對(duì)距離Dr，并實(shí)時(shí)調(diào)整本車的目標(biāo)制動(dòng)減速度ab_o，確保本車車速vb為0時(shí)和前車的最小安全跟車距離d保持在1～2 m。為了確保測(cè)試的安全性，在測(cè)試時(shí)將式(7)(8)中的d值設(shè)定為6.00～7.00 m，測(cè)量的d值減去5.00 m作為實(shí)際控制的最小安全跟車距離。本車與前車的最小安全跟車距離采用激光測(cè)距儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量跟蹤。為了保證制動(dòng)舒適性，在正常行駛工況下，制動(dòng)減速度不大于0.3g,從而保證駕乘舒適性。根據(jù)當(dāng)前本車車速、前車車速以及本車一般不大于0.3g的減速度的情況設(shè)定本車與前車的目標(biāo)安全距離。一般情況下ab≤0.3g。只有當(dāng)緊急情況下，比如有行人突然切入前方車道或者其他車輛突然切入前方車道的情況下，為了保證行駛安全，允許本車減速度大于0.3g，從而盡可能縮短制動(dòng)距離，避免碰撞事故的發(fā)生。

3.1 前車靜止工況下測(cè)試與分析

在前車靜止工況下，自主跟車系統(tǒng)在多次接近前方靜止車輛的過程中，記錄了20次(每個(gè)初始車速測(cè)試4次)測(cè)試過程的最小安全跟車距離d，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。從表1測(cè)試數(shù)據(jù)看，最小安全跟車距離控制精度高，具有很好的魯棒性，不依賴于初始車速。最小安全跟車距離的控制不受初始車速的影響，克服了本車在不同車速下最小安全跟車距離偏大或者偏小的問題。

表1 前車靜止工況下最小安全距離實(shí)測(cè)結(jié)果

3.2 前車減速運(yùn)行工況下測(cè)試分析

在前車減速運(yùn)行工況下，本自主跟車系統(tǒng)在多次接近前方減速車輛的過程中，記錄了20次(每對(duì)初始車速測(cè)試4次)測(cè)試過程的最小安全跟車距離d的測(cè)試數(shù)據(jù)，見表2。前車在減速運(yùn)行工況下，由于采用了最小安全跟車距離的閉環(huán)控制，所以克服了安全距離估算時(shí)前車制動(dòng)減速度無法預(yù)知所帶來的問題。從表2的測(cè)試數(shù)據(jù)看，在本車和前方車輛均處于減速運(yùn)行工況下，本車和前車相對(duì)速度小于等于0時(shí)，最小安全跟車距離保持在1.00～2.00 m，表現(xiàn)出了較穩(wěn)定的控制效果,克服了在本車和前車不同初始車速下最小安全跟車距離偏大或偏小的問題。利用常閉減壓閥的掉電關(guān)閉功能，實(shí)現(xiàn)了不限時(shí)長(zhǎng)的保壓功能，滿足了長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)和自動(dòng)駐車的需求，解決了車輛無電子駐車制動(dòng)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駐車的問題。

表2 前車運(yùn)行工況下最小安全跟車距離實(shí)測(cè)結(jié)果

本車/前車初始車速/(km·h-1)100/8080/6060/4040/3020/10最小安全跟車距離d/m 1.951.841.771.691.461.911.851.791.641.361.891.811.751.681.451.921.871.781.661.43

另外，本文將主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)和最小安全跟車距離閉環(huán)控制相結(jié)合，不僅保證了行車安全，提高了道路行車效率，也降低了制動(dòng)系統(tǒng)控制的難度。車輛在制動(dòng)減速過程中，表現(xiàn)出了較好的平順性和舒適性，具有很好的實(shí)用性。

4 結(jié)束語

本文所提出的線控真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，克服了目前基于真空助力(包括電磁鐵和電磁閥)的方案無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間通電保壓的問題。通過采用目前現(xiàn)有的或者本文提出的帶自鎖功能的三位三通電磁閥能在掉電的情況下保持兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、控制精度高。通過增加的位置霍爾傳感器，將助力控制在可控范圍，提高了系統(tǒng)的安全性。結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用和人工踩踏制動(dòng)踏板制動(dòng)，設(shè)計(jì)了基于最小安全車距和減速度以及電磁閥PWM控制的雙閉環(huán)控制方法。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，本文所提出的線控真空助力主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)以及控制方法不僅能滿足長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)制動(dòng)需求，而且能實(shí)現(xiàn)安全車距的穩(wěn)定控制，保證了行車安全性，同時(shí)提高了道路行車效率，可以滿足ADAS系統(tǒng)和智能車主動(dòng)制動(dòng)需求。